스태빌라이저

오늘은 스태빌라이저의 원리를 공부해봅니다.

스프링·쇼크 업소버·스태빌라이저의 임무는? 서스펜션 튜닝(중) 서스펜션의 구조는 바퀴에 동력을 전하는 액슬의 짜임새에 큰 영향을 받는다. 좌우가 연결된 리지드 액슬은 오프로드에 유리한 대신 타이어가 노면에 닿는 접지면이 고르지 못해 온로드에서는 불리하다. 독립식은 바퀴와 함께 드라이브 샤프트가 위아래로 움직인다. 바퀴의 노면 추종성이 좋지만 오프로드 성능은 떨어진다.
	승차감과 조향성 좋은 독립식 많이 쓰여 이처럼 차의 특성과 쓰임새에 따라 서스펜션의 얼개가 달라지지만 ‘링크+스프링+쇼크 업소버’의 조합은 똑같다. 스프링의 종류, 쇼크 업소버의 위치도 차에 따라 달라진다. 스프링은 철심을 둥글게 꼬아 만든 코일(coil)과 여러 장의 철판을 겹친 판(leaf) 스프링, 막대기 모양처럼 생긴 토션바(torsion bar) 등이 있다. 국산차에는 달리지 않았지만 공기의 압력을 이용하는 에어 스프링도 있다. 대부분의 미니밴과 기아 스포티지, 쏘렌토, 쌍용 렉스턴은 앞뒤에 코일 스프링을 쓴다. 록스타와 구형 코란도는 판 스프링, 쌍용 무쏘와 뉴 코란도, 현대 갤로퍼와 테라칸의 서스펜션은 앞/뒤 토션바/코일 스프링이다. 구형 갤로퍼 일부는 뒤쪽에 판 스프링을 쓰고, 쌍용 훼미리는 구형 판 스프링, 신형은 토션바와 코일 스프링이 들어간다. 오프로드만 생각하면 5링크+코일 스프링+리지드 액슬의 조합이 최강이다. 럭셔리 SUV의 독립식 드라이브 샤프트로도 리지드 액슬 못지않은 성능을 발휘하지만 공기압을 이용한 에어 스프링과 쇼크 업소버가 더해진다. 따라서 섬세한 기술이 필요한데다 정비성과 생산단가 등을 생각할 때 널리 쓰이기는 어렵다 미니밴을 비롯해 오프로드 주행이 많지 않은 요즘 SUV는 온로드에서의 핸들링(조향성능)을 높이는 것을 최우선으로 한다. 4WD보다는 2WD, 뒷바퀴굴림보다는 앞바퀴굴림이 많은 미니밴은 앞 서스펜션의 설계에 상당한 공을 들인다. 구동을 위한 드라이브 샤프트, 조향을 위한 타이로드, 바퀴를 지지하는 서스펜션 링크 등이 얽히기 때문이다. 구조가 복잡할수록 개발비와 생산단가가 높아져 가격경쟁에서 불리한 만큼 간단한 구조로 최고의 효과를 내야 한다. 단종된 구형 코란도나 기아 록스타는 앞뒤 리지드 액슬+리프 스프링 구조다. SUV는 앞쪽 서스펜션에는 더블 위시본 링크에 토션바 방식의 스프링이 많이 쓰였지만 요즘에는 승차감을 위해 코일 스프링으로 바뀌는 추세다. 앞바퀴에 코일 스프링을 쓸 경우 쇼크 업소버가 중앙에 들어가므로 링크의 위치를 잘 잡아야
한다. 뒤쪽은 예외 없이 코일 스프링으로, 가운데가 불룩한 배럴 타입을 많이 쓴다. 코일의 꼬임새가 균일한 일반 스프링보다 적재 및 승차인원에 따른 대응력이 뛰어난 것이 장점. 국산차 중 유일한 독립식 드라이브 샤프트를 쓰고 더블 위시본 방식인 싼타페를 제외하고는 모두 멀티링크다. 대부분이 5링크지만 갤로퍼는 3링크, 레토나는 4개의 링크가 리지드 액슬과 차체를 잇는다. 스프링과 쇼크 업소버가 하는 일은 간단하다. 충격을 줄이고 차체를 안정시키는 것이다. 바퀴 하나만 놓고 보면 차가 달릴 때 위, 아래로 움직인다. 운전석 쪽 서스펜션이 눌리고 조수석 쪽이 들린다면 차는 왼쪽으로 기울어진다. 이때도 스프링과 쇼크 업소버는 위와 아래로만 움직일 뿐이다. 턱을 넘을 때를 생각해 보자. 바퀴가 턱에 닿으면 우선 타이어가 찌그러지면서 충격을 흡수한다. 그 이상의 움직임이 있을 때는 스프링에서 직접적인 충격을 받아들인다. 코일 스프링이라면 길이가 줄어들고, 막대형의 토션바는 비틀리면서 충격에 버틴다. 모양이 변형된 스프링은 원래의 형태로 돌아가려고 한다. 스스로의 탄성에 의해 다시 늘어났다가 줄어드는 과정을 반복하는 것이다. 이 상태가 계속되면 차가 어디로 튈지 몰라 안정성이 현저하게 떨어진다.  스프링과 쇼크 업소버, 주기적으로 갈아 줘야 스프링은 위아래로 움직이는 것 외에 옆으로 흔들리기도 한다. 리프 스프링은 덜 하지만 코일 스프링은 팽창과 수축 외에 중간이 휘거나 옆으로 틀어지기도 한다. 강선을 꼬아 만든 스프링은 이렇게 움직이는 동안 스트레스가 쌓여 조금씩 탄성을 잃는다. 일정 기간이 지나면 변형이 생겨 차의 지상고가 낮아지고, 움직이는 거리가 충분하지 못해 충격 흡수력이 떨어진다. 서스펜션에는 또 쇼크 업소버가 들어간다. 쇼크 업소버는 스프링의 움직임을 억제해 차체를 안정시키는 것이 주임무다. 안에 채워지는 충전물에 따라 가스식과 오일식으로 나뉘는데, 가스식도 안에 채워진 오일을 이용해 압력을 조절한다. 내부 구조에 따라 단동식과 복동식으로 나뉜다. 복동식은 <그림>처럼 튜브가 이중으로 되어 있고, 압력이 낮은 가스가 채워져 있다. 피스톤이 내려가면 피스톤 밸브의 좁은 틈으로 오일이 빠져 나가면서 생기는 저항으로 압력이 생겨 스프링의 움직임을 제어한다. 단동식도 원리는 같지만 복동식에 비해 장점이 많다. 쇼크 업소버 로드에 연결된 피스톤과 함께 아래쪽에 프리 피스톤이 달린다. 피스톤이 압력을 받아 눌리면, 피스톤 밸브로 오일이 빠져 나가고, 이와 함께 프리 피스톤이 아래로 내려가면서 고압 가스를 누른다. 튜브가 크고 압력이 두 곳으로 분산되기 때문에 오일에 기포가 생겨 압력이 떨어지는 경우가 적다. 또 오일이 통에 직접 닿아 방열이 잘되고 내구성도 좋다. 반면 피스톤 아래로 프리 피스톤과 가스가 들어갈 공간이 있어야 하므로 복동식보다 스트로크가 짧고, 값도 비싸다. 쇼크 업소버는 스프링보다 수명이 더 짧다. 무게가 2톤에 가까운 디젤 SUV나 미니밴에 쓰이는 쇼크 업소버는 주행거리 1만km가 넘어가면 성능이 떨어지기 시작하고, 2만km에서 절반, 4만km를 넘으면 거의 기능을 잃는다. 승차감에 절대적인 영향을 미치기 때문에 엔진오일을 정기적으로 바꾸듯 쇼크 업소버도 교환해야 한다. 피스톤 밸브가 고장나거나 피스톤과 실린더의 마찰로 틈이 생기고, 이를 통해 압력이 빠져 나가기 때문이다. 또 밖으로 나와 있는 피스톤 로드와 튜브 사이의 오일 실이 망가지면서 오일이 새기도 한다. 쇼크 업소버가 제구실을 못할 경우 차가 위아래로 출렁거린다. 온로드에서는 차가 바깥쪽으로 쏠리거나 앞으로 심하게 기울면서 코너 밖으로 밀리는 언더스티어 경향을 보인다. 또 턱을 넘을 때 앞뒤가 끄덕이는 피칭이 커지면서 바닥을 자주 찍는다. 이렇게 되면 오프로드에서 타이어가 땅에 제대로 붙어 있지 않아 접지력도 떨어진다. 고속에서 차체가 계속 흔들거리는 현상도 생긴다. 서스펜션을 구성하는 마지막 부품이 스태빌라이저 바다. 좌우의 서스펜션 링크(로어암)를 연결하고, 가운데 부분이 차체에 단단히 고정되어 있는 막대기 모양이다. 좌우 바퀴가 한꺼번에 위아래로 움직일 때는 작동하지 않지만, 일정 수준 이상으로 한쪽이 올라가거나 내려갈 때 단단하게 버티면서 차체가 기울어지는 것을 막는다. 즉 양쪽 바퀴가 반대 방향으로 움직이는 것을 방지해 접지력을 높이고 롤을 억제하는 것이다. 코너에서의 롤링을 막기 위해 단단한 스프링과 쇼크 업소버를 넣으면 승차감이 한꺼번에 떨어지는 부작용이 생긴다. 따라서 이 둘은 그대로 두고 스태빌라이저만 단단한 것으로 바꾸어도 롤링이 현저하게 줄어든다. 차의 아래쪽에서 좌우로 연결되므로 움직이는 부품을 피하기 위해 이리저리 휘어진 ‘┏┓’모양이 주종을 이룬다. 중앙이 고정되어 차체 양쪽의 움직임이 다를 경우 비틀리면서 이를 억제한다. 구조가 복잡한 만큼 섬세한 작업이 요구되는 서스펜션 튜닝은 단순히 부품 교환이 아니라 ‘세팅’이라고 부른다. 운전자가 원하는 대로 혹은 차의 특성에 맞추어 수십 가지 선택을 할 수 있다.